DE69632803T2 - Regenerierbares Leistungssystem - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybrid-Energiesystem, das zwei elektrische Energieversorgungsvorrichtungen verwendet, die eine elektrische Basis-Energieversorgungsvorrichtung aufweisen, die zum augenblicklichen Einstellen von Überschüssen und Mängeln an elektrischer Basisenergie verwendet wird, und eine elektrische Ersatz-Energieversorgungsvorrichtung zum Löschen eines elektrischen Energieüberschusses und unvermeidbarer, plötzlicher, dauerhafter oder kurzzeitiger Defekte, die immer zu einem größeren oder geringeren Ausmaß auftreten, solange elektrische Energie auf dem Gebiet verwendet wird, bei welchem elektrische Energie teilweise oder vollständig verwendet wird, und in allen Systemen mit verschiedenen und nutzbaren Zuständen einer Energie ab einer ersten Stufe, bei welcher die Energie erzeugt wird, bis zu einer Endstufe, wie beispielsweise bei einem mechanischen System, einem elektrischen System, etc.
  • Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Hybrid-Energiesystem, das als Last zum Speichern von Energie fungiert, wenn elektrische Energie bei einem Elektrizitätswerk, einer Boden-Unterstation oder einem Wagen von der erforderlichen Last, die an das elektrische Energiesystem von der erforderlichen Last des Wagens angeschlossen ist, im Übermaß vorhanden ist; und sie betrifft ein Hybrid-Energiesystem, das eine erforderliche Last mit elektrischer Energie von der elektrischen Ersatz- Energieversorgungsvorrichtung zur Einstellung versorgt, wenn die elektrische Energie eine kurze Versorgung ist.
  • Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
  • Unter Bezugnahme auf 6 wird ein herkömmliches Hybrid-Energiesystem beschrieben. Ein Hybrid-Energiesystem 100, das in 6 gezeigt ist, besteht aus einer Leichtöl-Speichervorrichtung 26 als Energiespeichervorrichtung, einem Dieselmotor 27 als Energiewandler, einer elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 3, einer elektrischen Energieregenerations-Bremsvorrichtung 4a an einem Wagen, wie beispielsweise einer Regenerationsvorrichtung, einer Bleisäurebatterie 28 und einer elektrischen Energie-Einstellvorrichtung 29. Das Hybrid-Energiesystem 100 ist eine Hybrid-Energievorrichtung vom Akkumulatorbatterie-Regenerationstyp an einem Wagen zum Versorgen einer Last 13, die eine Antriebsvorrichtung aufweist, etc., mit elektrischer Energie. Beispielsweise ist die Hybrid-Energievorrichtung 100, die in dieser Figur gezeigt ist, in einer Diesellokomotive eingebaut. Zu einer gemeinsam Zeit erzeugt sie elektrische Energie mittels der elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 3, die einen Dieselmotor 27 als Antriebsquelle verwendet, und führt die elektrische Energie zu der Last 13 zu, um den Wagen daraufhin fahren zu lassen, und sie lädt auch die Bleisäurebatterie 28 mit überschüssiger Energie. Wenn ein Kurzschluss der elektrischen Energie für eine kurze Zeit auftritt, wird die elektrische Energie, die fehlt, durch das Entladen der Bleisäurebatterie 28 gebildet. Die elektrische Energie, die durch eine Regenerations-Energieerzeugung mittels der elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 4 am Wagen erzeugt wird, wird zum Laden der Bleisäurebatterie 28 verwendet.
  • Einige Beispiele für ein solches Hybrid-Energiesystem sind in "Internal Combustion Engine and Accumulator" (Intersociety Energy Conversion Engineering Conference: IECEC, 15th, 1980, Vol. 3, S. 1760) und "Hybrid Power Device of External Combustion Engine and Accumulator" (IECEC, 27th, 1992. Vol. 3, S. 3167) gezeigt. Jedoch gab es bei solchen herkömmlichen Systemen derartige Probleme, dass die Ladefähigkeit (kW), die durch die Ladegeschwindigkeit des Akkumulators bestimmt wird, gering war; und dass die elektrische Ladeenergie (kWh) pro Gewicht auch gering war. Es gibt eine andere Hybrid-Energievorrichtung, die einen Verbrennungsmotor und ein Schwungrad verwendet (IECEC, 25th, 1994, S. 205–211). Jedoch hat diese Vorrichtung ein derartiges Problem, dass die Ladekapazität (kWh) pro Schwungradgewicht bei gegenwärtigen Umständen bemerkenswert niedrig ist. Es gibt eine andere Hybrid-Energievorrichtung, die einen Verbrennungsmotor und einen thermoelektrischen Wandler enthält, aber sie hat ein Problem einer merklich niedrigen thermoelektrischen Umwandlungseffizienz (IECEC, 25th 1994, S. 1419). Es gibt eine andere Hybrid-Energievorrichtung, die die Hybrid-Energievorrichtung einer Brennstoffzelle und eines Akkumulators enthält (IECEC, 23rd, 1988, S. 227), aber sie hat ein derartiges Problem, dass die Gewichtsenergieeffizienz des Akkumulators und seine Ladefähigkeit sehr niedrig sind.
  • Solche herkömmlichen Hybrid-Energievorrichtungen werden durch Kombinieren von mehreren Energieerzeugungsvorrichtungen realisiert, die bereits in der Praxis eingesetzt werden. Diese Hybrid-Energievorrichtungen verwenden mehrere Energieerzeugungsquellen und verwenden wechselseitig eine komplementierende Beziehung zwischen sich selbst, um jeweilige defekte Stellen mit wechselseitig starken Stellen aufzubauen, und daher ist ein Energieversorgungssystem umfasst, das weiterentwickelt als eines ist, das eine unabhängige Energievorrichtung aufweist. Obwohl eine solche herkömmliche Vorrichtung nun teilweise bereit für einen praktischen Einsatz gemacht worden ist, hat jede Vorrichtung ein bestimmtes Problem bezüglich einer zu einer Ladefähigkeit, einer Entladefähigkeit, einer Ladequantität, etc. pro Gewicht und Volumen gehörenden Regenerationsfähigkeit.
  • Darüber hinaus gibt es eine Energievorrichtung vom Regenerations- und Reproduktionstyp, die als Regenerationstyp-Energievorrichtung angesehen wird, die eine einzige Energiespeichervorrichtung verwendet, die zu einer Energievorrichtung gehört, um gespeicherte Energie herauszuziehen, um die erforderliche Energie zu bekommen, wenn sie erforderlich ist, nachdem die Energie zu der Energiespeichervorrichtung gespeichert ist, welche aus der kinetischen Energie eines Wagens mittels eines regenerativen Bremsens gesammelt wird (IECEC, 25th, 1994 S. 1430). Jedoch gab es ein Problem einer niedrigen Effizienz, das die Regeneration und Reproduktion bei einer solchen herkömmlichen Energievorrichtung vom Regenerationstyp begleitete.
  • Darüber hinaus gibt es als Energievorrichtung vom Regenerationstyp zur Verwendung im Weltraum ein System, das eine regenerative Brennstoffzelle verwendet, um elektrische Energie zu erzeugen, welche Wasserstoff und Sauerstoff verwendet, die im Voraus als Brennstoff abgespeichert wird, durch Elektrolysieren von Wasser mittels einer Wasserelektrolysevorrichtung, die eine Solarbatterie verwendet (IECEC, 24th 1989, S. 1631). Jedoch wird diese regenerative Brennstoffzelle exzessiv zum Speichern und zum Reproduzieren von Energie verwendet, hat aber nicht den Zweck einer Energieerhaltung einer Ordnung hohen Rangs. Als entsprechendes System, das auf der Erde verwendet wird, gibt es ein ähnliches regeneratives Brennstoffzellensystem (International Hydrogen and Clean Energy Symposium sponsored by NEDO, 1995, S. 31), aber es wird nur zum Speichern und zum Regenerieren von Energie verwendet und es hat nicht den Zweck einer Erhaltung von erforderlicher Energie einer Ordnung hohen Rangs mittels einer Energiespeicherung von überschüssiger Energie und einer Energieentladung bei einem Betrieb maximaler Effizienz unter Verwendung der gesamten Fähigkeit einer Energieerzeugung. Es gibt auch eine Energiestation mit gepumpter Speicherung als weiteres Energieerzeugungssystem vom Regenerationstyp (The Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 115-B, 6, 1995, S. 447). Die Anordnung der Energiestation mit gepumpter Speicherung ist allgemein entfernt von der Anforderungsstelle. Daher hat dieses System ein derartiges Problem, dass ein Energieübertragungsverlust unvermeidbar ist.
  • Zusätzlich gibt es ein System, das einen Regler, etc., zum Einstellen eines Versorgungs- und Anforderungsgleichgewichts verwendet, das durch eine Änderung der elektrischen Energielast und die Änderung einer Erzeugungsenergie aufgrund einer außergewöhnlichen Parallelschaltung einer elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung, etc. beeinflusst wird, aber es gibt noch ein derartiges Problem, dass bei herkömmlichen elektrischen Energiesystemen eine Einstellgeschwindigkeit nicht immer so schnell wie erwartet ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben angegebenen Probleme durch Realisieren einer schnellen Energieumwandlung und eines Speichersystems in einem Starkstromerzeugungssystem zum Beibehalten einer hohen Energie-zu-Gewicht- und -Volumen-Effizienz zu lösen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Hybrid-Energiesystem vom Regenerationstyp, wie es im Anspruch 1 aufgezeigt ist, zur Verfügung gestellt.
  • Die Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können als Vorrichtungen fungieren, die nahe der Anforderungsstelle eingebaut sein können, d. h. können als Vorrichtungen vor Ort oder an Bord fungieren. Die Vorrichtungen vor Ort und an Bord können die Qualität der Energie mittels regenerativer Energieumwandlungsvorrichtungen erhöhen, die eine Umwandlung, Speicherung und Erzeugung einer Hochleistungs- bzw. Starkstromenergie hoher Effizienz erreichen können; und dadurch werden eine Verbesserung der gesamten Energieumwandlungseffizienz eines Wagens und eine Verbesserung der Qualität der elektrischen Energie von elektrischen Energiesystemen erwartet. Darüber hinaus kann eine Ausnutzung auf einem hohen Niveau einer Einrichtung, die eine elektrische Energie verwendet, in Abhängigkeit von der Verbesserung erwartet werden. Das bedeutet, dass das System, bei welchem eine Hybrid-Zusammensetzung, die allgemein eine Ersatz-Energieerzeugungsquelle enthält, aufgebaut werden kann, wodurch die vorliegende Erfindung hauptsächlich charakterisiert ist, und zwar mittels einer Hybrid-Regenerationsvorrichtung, die eine Regenerations-Energieumwandlungsfähigkeit hat, die eine Energieumwandlung, -speicherung und -erzeugung hoher Geschwindigkeit in einer Vorrichtung vor Ort und an Bord zur Verfügung stellt. Durch Verwenden überschüssiger Energie, wenn die überschüssige Energie auftritt, wird Wasser durch eine Wasserelektrolysevorrichtung mit hoher Effizienz elektrolysiert. Der Wasserstoff und der Sauerstoff, die durch die Wasserelektrolyse erzeugt werden, werden zu einer Wasserstoff- und Sauerstoff-Speichervorrichtung gespeichert, oder nur der erzeugte Wasserstoff wird gespeichert, wenn eine Brennstoffzelle Elektrizität unter Verwendung von Sauerstoff in Luft erzeugt. Elektrische Energie wird durch eine Brennstoffzelle erzeugt, die den Wasserstoff und den Sauerstoff, die gespeichert sind, als Brennstoff verwendet und eine Hybridenergie auf geeignete Weise zuführt, wenn eine Energie fehlt. Charakteristischerweise können eine Umwandlung und eine Speicherung von Energie mit hoher Geschwindigkeit und eine Erzeugung von hoher elektrischer Energie realisiert werden, während eine hohe Energie-Gewichts- und -Volumen-Effizienz beibehalten wird. Zusätzlich ist es durch Herstellen einer Energie hoher Qualität mittels einer regenerativen Energieumwandlung bei einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem Hybrid-Energiesystem vom Regenerationstyp der vorliegenden Erfindung möglich, eine gesamte Umwandlungseffizienz in einem elektrischen Energiesystem und eine Qualität der elektrischen Energie für ein sich bewegendes Objekt zu verbessern.
  • Darüber hinaus wird aufgrund dieser Verbesserung der Effekt erhalten, dass elektrische Energie, die eine Einrichtung verwendet, mit einem hohen Niveau an Energie verwendet werden kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Zusammensetzungsbeispiel eines Hybrid-Energiesystems einer Selbsterregung und einer Regeneration an einem Wagen darstellt, welches eines der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Energiesystems einer externen Erregung und Regeneration an einem Wagen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Energiesystems einer Selbsterregung und einer externen Erregung und Regeneration am Boden gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Energiesystems einer externen Erregung und einer Regeneration am Boden gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Energiesystems einer Verbindungsregeneration am Boden und an einem Wagen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 6 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Hybrid-Energieversorgungsvorrichtung vom Regenerationstyp durch eine Regeneration mit einem Akkumulator an einem Wagen.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Energiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 zeigt ein Hybrid-Energiesystem einer Selbsterregung und Regeneration an einem Wagen. Ein Hybrid-Energiesystem 20, das in dieser Figur gezeigt ist, verwendet eine elektrische Energieerzeugungsvorrichtung 40 zum Erzeugen elektrischer Energie, welche eine Energiespeichervorrichtung 1 und einen Energiewandler 2 und eine elektrische Energieerzeugungsvorrichtung 3 enthält und an einem Wagen 30, wie beispielsweise ein elektrisches Grundkapital (hierin nachfolgend kann ein Wagen 30 derart angesehen werden, dass es ein Elektrowagen, eine elektrische Lokomotive, etc. enthält), eingebaut ist, um elektrische Energie am Wagen 30 zu erzeugen. Es gibt eine elektrische Energieerzeugungsvorrichtung 4 an einem weiteren benachbarten Wagen, die aus einer regenerativen Vorrichtung, etc. besteht, und eine elektrische Boden-Energiestation/Unterstation 5 außerhalb des Wagens 30, und sie sind mit einer außerhalb vorgesehenen Energieversorgungsleitung (einem System) 6 verbunden, die ein Kontaktsystem als überirdisches Stromsammelsystem als nicht kontaktierendes System, wie beispielsweise ein System unter Verwendung von Sondenspulen oder ein Leitersystem einer dritten Schiene, etc., zusammen mit einer elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 40 aufweist. Darüber hinaus ist eine regenerative Brennstoffzelle 7 am Wagen 30 eingebaut.
  • Die regenerative Brennstoffzelle 7 besteht aus einem Wärmetauscher 8, der jede Vorrichtung und Atmosphäre kühlt und erwärmt, einer Wasserelektrolysevorrichtung (einem Elektrolysegerät) 9, welche Wasser elektrolysiert, einer Wasserstoff- und Sauerstoff-Speichervorrichtung 10, die Wasserstoff und Sauerstoff speichert, die durch die Wasserelektrolysevorrichtung 9 zerlegt werden und als chemische Energie angesehen werden, einer Brennstoffzelle 11, die Elektrizität durch Verwenden des Wasserstoffs und Sauerstoffs als Brennstoff erzeugt, und einer Regenerations-Steuervorrichtung 12, die die zur Wasserelektrolysevorrichtung 9 zuzuführende elektrische Energie und die elektrische Energie, welche die Brennstoffzelle 11 erzeugt, steuert. Die Regenerations-Steuervorrichtung 12 überwacht den Übermaß- oder Mangelzustand der elektrischen Energie, die über eine Verteilungsleitung 14 am Wagen 30 zugeführt wird, und wenn diese fehlt, steuert sie jede Vorrichtung so, um die Gleichstrom- oder Wechselstromleistung zuzuführen, die durch eine Last 13 erfordert wird, wie beispielsweise diejenige, die aus Lasten zum Antreiben besteht, wie beispielsweise Motoren, etc., und die anderen elektrischen Lasten, und zwar direkt von der Brennstoffzelle 11 oder nach einem Ändern des Zustands, wenn es nötig ist. Die Regenerations-Steuervorrichtung 12 steuert auch jede Vorrichtung, um die Wasserelektrolysevorrichtung 9 zum Elektrolysieren des gespeicherten Wassers durch Zuführen von elektrischer Energie von der außerhalb gelegenen Energieversorgungsleitung 6 zu der Wasserelektrolysevorrichtung 9 über die Verteilungsleitung 14 am Wagen zu steuern, wenn es einen Überschuss (Raum) an elektrischer Energie bei der elektrischen Energie auf der Energieversorgungsseite, gesehen von der außerhalb gelegenen Energieversorgungsleitung 6, gibt. Die Regenerations-Steuervorrichtung 12 steuert dann die Wasserstoff- und Sauerstoff-Speichervorrichtung 10 zum Speichern des Wasserstoffs und Sauerstoffs, welche erzeugt sind.
  • Wenn es eine überschüssige elektrische Energie auf der Energieversorgungsseite, gesehen von der außerhalb gelegenen Energieversorgungsleitung 6, gibt, wenn das regenerative Bremsen bei der Last 13 aktiviert wird, steuert die Regenerations-Steuervorrichtung 12 auch jede Vorrichtung, damit die Wasserelektrolysevorrichtung 9 das gespeicherte Wasser durch Zuführen von elektrischer Energie von der Last 13 in einem regenerativen Bremszustand zu der Wasserelektrolysevorrichtung 9 über die Verteilungsleitung 14 am Wagen elektrolysiert, und sie steuert die Wasserstoff- und Sauerstoff-Speichervorrichtung 10 zum Speichern des Wasserstoffs und Sauerstoffs, welche erzeugt sind. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt ist, kann als System einer Selbsterregung an einem Wagen gedacht sein, weil es mit einer der elektrischen Energieversorgungsquellen für die Last 13 an dem Wagen 30 ausgestattet ist. Das bedeutet, dass das Hybrid-Energiesystem in 1 eine elektrische Energieerzeugungsvorrichtung 40 an dem Wagen sowie elektrische Energieerzeugungsvorrichtungen am Boden und eine regenerative Brennstoffzelle 7 enthält. Darüber hinaus kann es als ein System einer Selbsterregung und einer Regenerierung an dem Wagen gedacht sein, weil die regenerative Brennstoffzelle 7 zum Regenerieren von elektrischer Energie auch am Wagen 30 eingebaut ist.
  • Als Modifikation des in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiels kann in einem Fall eines Weglassens des Energiewandlers 2, wie beispielsweise eines Verbrennungsmotors, etc., welcher indirekt die elektrische Energie umwandelt, die Konfiguration der elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 40 geändert werden, um das Erzeugungssystem zwischen der Energiespeichervorrichtung 1 und der elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 3 zu modifizieren, um die Energiespeichervorrichtung 1 und die elektrische Energieerzeugungsvorrichtung 3 direkt zu verbinden. Es ist auch möglich, zu denken, dass die Last 13 nicht nur die Lasten enthält, die am Wagen 30 eingebaut sind, sondern auch Lasten außerhalb an anderen Wagen enthält. Eine Vorrichtung zum Erlangen von atmosphärischer Luft (Sauerstoff) kann statt der Vorrichtung zum Speichern von nur Sauerstoff in der Wasserstoff- und Sauerstoff-Speichervorrichtung 10 verwendet werden. Weiterhin können diese Modifikationen auf dieselbe Weise auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele angewendet werden, die nachfolgend beschrieben sind.
  • Als nächstes wird ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Energiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von 2 erklärt. 2 zeigt eine Zusammensetzung eines Hybrid-Energiesystems, das aus außerhalb gelegenen Energieversorgungssystemen (Systemen mit externer Anregung) als Kontaktsysteme besteht, und aus innerhalb gelegenen Energieversorgungssystemen (Regenerationssystemen an einem Wagen). Zusätzlich sind in 2 identische Bezugszeichen an die Komponenten angebracht, die identisch zu denjenigen in 1 sind (wie bei allen folgenden Beispielen).
  • Ein Hybrid-Energiesystem 21, das in dieser Figur gezeigt ist, besteht aus einer elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 4, wie beispielsweise einer Regenerationsvorrichtung, die an einem Wagen angeordnet ist, einer elektrischen Boden-Energiestation/Unterstation 5 und einer außerhalb gelegenen Energieversorgungsleitung 6, von welchen alle außerhalb des Wagens 30a existieren; und einer regenerativen Brennstoffzelle 7, einer Last 13 als Antriebsvorrichtung und einer Verteilungsleitung 14, die an einem Wagen angeordnet ist, von welchen alle im Wagen 30a eingebaut sind. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die gesamte elektrische Energie, die zu der regenerativen Brennstoffzelle 7 zugeführt wird, die im Wagen 30a eingebaut ist, von außerhalb des Wagens 30a zugeführt, solange eine Erzeugung von Elektrizität durch ein regeneratives Bremsen der Last 13 nicht aktiviert ist. Die regenerative Brennstoffzelle 7 besteht aus einem Wärmetauscher 8, einer Wasserelektrolysevorrichtung 9, einer Wasserstoffspeichervorrichtung 10, einer Brennstoffzelle 11 und einer Regenerations-Steuervorrichtung 12, wie in 1. Wenn bestimmt wird, dass elektrische Energie fehlt, versorgt die Regenerations-Steuervorrichtung 12 die Last 13 mit der Ausgabe der Brennstoffzelle 11 als zusätzlicher Energie, um eine innerhalb gelegene Last von einer externen Energie (einer Energie von einer elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 4, etc.) zu versorgen, und zwar direkt oder indirekt, nach einer Änderung des Zustands der Ausgabe zu einer Wechselstrom- oder Gleichstrom-Energieversorgung, um die Anforderungen der Last 13 zu erfüllen, und zwar über die Verteilungsleitung 14. Andererseits, nämlich dann, wenn bestimmt wird, dass elektrische Energie überschüssig ist, betreibt die Regenerations-Steuervorrichtung 12 die Wasserelektrolysevorrichtung 9, die Wasserstoffspeichervorrichtung 10 und den Wärmetauscher 8 zum Speichern von Wasserstoff.
  • Als Nächstes wird ein weiteres bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Energiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 erklärt. Ein Hybrid-Energiesystem 23, das in 3 gezeigt ist, ist ein Hybrid-Energiesystem einer Selbsterregung und einer externen Erregung und einer Regeneration am Boden. Das Hybrid-Energiesystem 23 ist dadurch charakterisiert, dass das System mit einer Boden-Unterstation 5a ausgestattet ist, welche am Boden aufgebaut ist und welche aus einer Energiespeichervorrichtung 1, einer elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 40 mit einem Energiewandler 2 und einer elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 3 und einer regenerativen Brennstoffzelle 7a besteht. Am Boden hat das Hybrid-Energiesystem 23 auch eine elektrische Energieerzeugungsvorrichtung 4 an einem anderen Wagen, der eine Regenerationsvorrichtung, etc. aufweist, und eine elektrische Boden-Energiestation/Unterstation 5 als weitere elektrische Energiequellen; und hat auch eine außerhalb gelegene Energieversorgungsleitung 6. Daher sind bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel nur eine Last 13 und eine Verteilungsleitung 14 im Wagen 30b vorgesehen, und der Wagen 30b ist nicht mit irgendeiner Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischer Energie ausgestattet. Elektrische Energie für die Last 13 wird über die außerhalb gelegene Energieversorgungsleitung 6 und die Verteilungsleitung 14, die am Wagen ist, von Boden-Unterstationen 5 und 5a und der elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 4, die an einem anderen Wagen ist, zugeführt. Die regenerative Brennstoffzelle 7a besteht aus einem Wärmetauscher 8, einer Wasserelektrolysenvorrichtung 9, einer Wasserstoffspeichervorrichtung 10, einer Brennstoffzelle 11, von welchen alle wie die entsprechenden Komponenten aufgebaut sind, die in 1 gezeigt sind, und aus einer Regenerations-Steuervorrichtung 12a. Die Regenerations-Steuervorrichtung 12a bestimmt den Überschuss- oder Mangelzustand an elektrischer Energie und dann, wenn sie fehlt, führt sie die elektrische Energie, die die Brennstoffzelle 11 erzeugt, zu der Last 13, wie beispielsweise einer Antriebsvorrichtung, über die außen gelegene Energieversorgungsleitung 6 und die Verteilungsleitung 14, die am Wagen angeordnet ist, direkt oder indirekt nach einem Ändern des Zustands der elektrischen Energie zu einer Wechselstrom- oder Gleichstromleistung, welche die Last 13 erfordert, gemäß einer Anforderung zu. Wenn bestimmt wird, dass die elektrische Energie im Überschuss vorhanden ist, betreibt die Regenerations-Steuervorrichtung 12a die Wasserelektrolysevorrichtung 9, die Wasserstoffspeichervorrichtung 10 und den Wärmetauscher 8, um Wasserstoff zu speichern.
  • Als Nächstes wird ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Energiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 erklärt. 4 stellt ein Hybrid-Energiesystem dar, das aus Energieübertragungsleitungen als Gitter- und Regenerationseinrichtung am Boden besteht. Die Energieübertragungsleitung 34 ist in einem Überwachungsbereich eines Energieanbieters angeordnet, der mit einem Vertrag zwischen dem Energieanbieter bzw. dem Energieversorger und einem Anforderungsanwender bestimmt ist. Im Hybrid-Energiesystem in 1 hat eine Boden-Unterstation 5b keine Einrichtung zur Energieerzeugung. Elektrische Energie wird zur Last 13 über eine außen gelegene Energieversorgungsleitung 6 von der Regenerations-Steuervorrichtung 12b zugeführt, welche einen DC-DC-Wandler, einen DC-AC-Inverter, etc. enthalten kann, oder direkt von einer Empfangs- und Transformationseinrichtung 15, die mit einer Energieübertragungsleitung 34 in Verbindung ist, wenn die Last 13 von einem AC-Typ ist, oder direkt von einem Gleichrichter 16, wenn die Last 13 von einem DC-Typ ist, ohne durch eine Steuervorrichtung 12b zu laufen (diese Wege sind nicht dargestellt). Die elektrische Energie wird auch zu der Last 13 über die außen gelegene Energieversorgungsleitung 6 von einer elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung 4, wie beispielsweise eine regenerative Bremsvorrichtung, welche an einem anderen Wagen ist, zugeführt. Bei der Boden-Unterstation 5b wird die elektrische Energie, die von der Energieübertragungsleitung 34 zugeführt wird, beispielsweise zu der Regenerations-Steuervorrichtung 12b zugeführt, nachdem sie durch die Empfangs- und Transformationseinrichtung 15 transformiert und durch den Gleichrichter 16 gleichgerichtet ist, wenn die zugeführte Energie eine Wechselstromleistung einer Frequenz einer kommerziellen Energie ist. Die regenerative Brennstoffzelle 7b, die in der Boden-Unterstation 5b eingebaut ist, besteht aus einem Wärmetauscher 8, einer Wasserelektrolysevorrichtung 9, einer Wasserstoffspeichervorrichtung 10, einer Brennstoffzelle 11 und einer Regenerations-Steuervorrichtung 12b. Die Regenerations-Steuervorrichtung 12b überwacht den Überschuss- oder Mangelzustand an elektrischer Energie, und dann, wenn bestimmt wird, dass diese fehlt, führt sie die elektrische Energie der Brennstoffzelle 11 zu der Last 13 über die außen gelegene Energieversorgungsleitung 6 und die Verteilungsleitung 14 direkt oder indirekt nach einem Ändern des Zustands der elektrischen Energie zu einer Wechsel- oder Gleichstromleistung, welche die Last 13 erfordert, gemäß einer Anforderung zu. Wenn bestimmt wird, dass die elektrische Energie überschüssig ist, betreibt die Regenerations-Steuervorrichtung 12b die Wasserelektrolysevorrichtung 9, die Wasserstoffspeichervorrichtung 10 und den Wärmetauscher 8, um Wasserstoff zu speichern.
  • Weiterhin ist die Zusammensetzung der Boden-Unterstation 5b nicht auf diejenige beschränkt, die oben beschrieben ist. Beispielsweise ist es möglich, elektrische Energie zu der Last 13 über die Empfangs- und Transformationseinrichtung 15 direkt von der Energieübertragungsleitung 34 durch Einbauen eines Wandlers in die Regenerations-Steuervorrichtung 12b zum Umwandeln des Wechselstroms zu einem Gleichstrom und dann zum Weglassen des Gleichrichters 16 zuzuführen.
  • Als Nächstes wird ein weiteres bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Energiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Das System, das in 5 gezeigt ist, weist eine regenerative Brennstoffzelle für eine Verbindungsregeneration am Boden und an einem Wagen auf. Das System besteht aus einem Regenerationssystem 19, das an einem Wagen angeordnet ist und das dasselbe wie dasjenige ist, das in 1 oder in 2 gezeigt ist (das System 20 der 1 oder das System 21 der 2); und ein Regenerationssystem 22, das am Boden angeordnet ist, welches dasselbe wie dasjenige ist, das in 3 oder in 4 gezeigt ist (das System 23 der 3 oder das System 24 der 4).
  • Jedes Hybrid-Energiesystem arbeitet in enger Zusammenarbeit zum Versorgen einer Last 13, wie beispielsweise einer Antriebsvorrichtung, mit elektrischer Energie. In diesem System ist eine Verbindungsleitung 25 zwischen einem Regenerationssystem 19, das an einem Wagen angeordnet ist, und einem Regenerationssystem 22, das auf der Erde angeordnet ist, vorgesehen, um Steuersignale, die für eine Verbindungssteuerung von elektrischer Energie in jedem System verwendet werden, zu senden und zu empfangen. Das Hybrid-Energiesystem der 5 betreibt jedes System in einem verbundenen Zustand oder betreibt jedes System unabhängig, und zwar entsprechend verschiedenen Zuständen. Das System hat einen hohen Freiheitsgrad für einen Betrieb und kann daher auf einfache Weise eine Energiespeicherung und eine Energieentladung von überschüssiger Energie realisieren, die durch einen Betrieb maximaler Effizienz einer Energieerzeugungsfähigkeit erzeugt wird. Daher kann die Erhaltung einer Energie einer Ordnung hohen Rangs einfacher als bei den anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen erreicht werden.
  • Als Nächstes werden hierin nachfolgend Operationen bzw. Betriebsvorgänge und mögliche Effekte beim Verwenden der oben angegebenen Hybrid-Energiesysteme beschrieben.
    • (1) Beschleunigen von Wagen unter Verwendung einer existierenden Unterstationskapazität Mit größer werdendem Abstand von einer Unterstation fällt selbst dann, wenn die Unterstation ausreichend Unterstationskapazität hat oder die Unterstation ein Konstantspannungs-Steuersystem hat, die Spannung einer Zufuhrschaltung aufgrund des Spannungsabfalls um die Zufuhrschaltungskonstante ab. Eine Fahrkurve, die als Zustand zum Bestimmen der Standardbetriebszeit eines Betriebszugs verwendet wird, ist in einer Größenordnung festgelegt, dass die Zufuhrspannung nicht unter eine zulässige minimale Spannung in jeder Zufuhrstation abfällt, wobei vorausgesetzt ist, dass es einen bestimmten Spannungsabfall durch eine Zufuhrschaltung gibt. Daher wird ein Spannungsüberschuss in einigen Zufuhrstationen verursacht. Unter Verwendung eines Hybrid-Energiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Speichern elektrischer Energie in eine regenerative Brennstoffzelle bei einem Zufuhrabschnitt, in welchem eine überschüssige Spannung veranlasst wird, und durch Regenerieren der elektrischen Energie, die in einem Zufuhrabschnitt gespeichert ist, in welchem ein Spannungsabfall auftritt, eine offensichtliche Impedanz der Zufuhrschaltung, die von einer Last an einem Wagen gesehen wird, durch diese Verwendung reduziert werden. Es ist auch möglich, die Zufuhrschaltung, wie sie von der Last an dem Wagen gesehen wird, als eine Konstantspannungs-Energieversorgung ohne ein Ändern einer existierenden Unterstationskapazität durch diese Verwendung anzusehen. Eine höhere zulässige minimale Einstellspannung kann daher verwendet werden, wenn die Fahrkurve des Wagens bestimmt wird, und Erhöhungen bezüglich der Geschwindigkeit des Wagens können auch realisiert werden.
    • (2) Verhinderung einer Erhöhung einer Unterstationskapazität und Bildung einer neuen Unterstation für Hochleistungszüge, welche mit einer niedrigen Frequenz bzw. Häufigkeit in Zufuhrabschnitten laufen, die als eine Schiene für eine Standardzugorganisation entwickelt sind, und der Effekt eines Verhinderns, dass die Zufuhrspannung kleiner als eine zulässige minimale Spannung wird Eine Unterstationskapazität wird eingestellt, um in ausreichendem Maß einer Standardzugorganisation zu entsprechen, die in einem Zufuhrabschnitt läuft. Andererseits gibt es einige Notwendigkeiten für elektrische Lokomotiven, die größere Ausgaben als Standardzugorganisationen haben, für Hochleistungszüge, wie begrenzte Expresszüge, die relativ längere Zugorganisationen haben, etc., um bei einer niedrigen Frequenz im Zufuhrabschnitt zu laufen, in welchem eine Unterstationskapazität gemäß einer Standardzugorganisation bestimmt ist. Jedoch ist es bei herkömmlichen Systemen nicht möglich, solche unregelmäßigen Zugorganisationen ohne ein Ändern von Einrichtungen laufen zu lassen, und zwar aufgrund eines Mangels einer Unterstationskapazität oder aufgrund des Auftretens dessen, dass eine Zufuhrspannung unter eine zulässige minimale Spannung fällt, und zwar aufgrund eines Spannungsabfalls, der immer erwartet wird. Andererseits ist es dann, wenn ein Hybrid-Energiesystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, möglich, den Mangel an Unterstationskapazität und den Abfall einer Spannung unter die zulässige minimale Spannung aufgrund eines Spannungsabfalls zu verhindern, und es ist daher möglich, eine Erhöhung einer Unterstationskapazität zu vermeiden, und die Bildung einer neuen Unterstation zum Laufenlassen von Hochleistungszügen, die mit einer geringen Häufigkeit bzw. niedrigen Frequenz verwendet werden.
    • (3) Effekt einer Reduktion von Kapitalkosten für eine neue Energiekonstruktion durch Erweitern eines Unterstationsintervalls für Züge, die auf der neuen Linie mit einer niedrigen Frequenz bzw. Häufigkeit laufen Durch Einführen eines Hybrid-Energiesystems einer Regeneration an einem Wagen gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Unterstationsintervall zu erweitern, weil es möglich ist, Elektrizität an einem Wagen zu erzeugen, um die Energie oder die Spannung, die in der Mitte von benachbarten Unterstationen oder am Endabschnitt einer Unterstation, die in einer Richtung sendet, zu ergänzen.
    • (4) Serviceverbesserungseffekte durch Vermeiden eines Schienenfahrzeugbetriebs in elektrifizierten Abschnitten oder durch Transferieren von Passagieren bei Stellen zwischen elektrifizierten und nicht elektrifizierten Abschnitten Es gibt ein Beispiel, dass ein gemischter Wagen mit einem elektrischen Wagen und einem Schienenwagen für Abschnitte verwendet wird, die sowohl elektrifizierte als auch nicht elektrifizierte Abschnitte in einem herkömmlichen System enthalten. Jedoch dann, wenn ein Hybrid-Energiesystem einer Regeneration am Wagen gemäß der vorliegenden Erfindung eingeführt wird, ist es möglich, den Zug unter Verwendung von nur elektrischen Wägen zu organisieren, und dadurch eine hohe Service-Fähigkeit zu erhalten. Wenn der Zug mit einer regenerativen Brennstoffzelle ausgestattet ist, ist es möglich, den Zug durch nicht elektrifizierte Abschnitte laufen zu lassen, die zwischen elektrifizierten Abschnitten angeordnet sind, wenn die nicht elektrifizierten Abschnitte relativ kurz sind. Es ist auch möglich, ein Ausbauen bzw. Upgraden von engen Tunneln zu vermeiden, wenn eine Schiene mit Rahmenleitungen elektrifiziert wird, indem der Tunnel als nicht elektrifizierter Abschnitt gelassen wird und Züge, die mit einer regenerativen Brennstoffzelle ausgestattet sind, im Tunnel laufen gelassen werden. Daher verbessert der Investitionseffekt einer Elektrifizierung sich deshalb, weil teure Tunnelerneuerungskosten reduziert werden können.
    • (5) Energiesparbetrieb durch Verwenden deaktivierter elektrischer Energie während einer regenerativen Bremserzeugung von Elektrizität Durch regeneratives Bremsen erzeugte elektrische Energie wird grundsätzlich zu einem anderen Wagen zugeführt, der nahe zu dem Wagen läuft, der die Energie erzeugt. Jedoch dann, wenn die Energie eines regenerativen Bremsens aus dem Grund überschüssig ist, dass es keinen Zug gibt, der daneben fährt, etc., wird die Energie eines regenerativen Bremsens deaktiviert, um zu verhindern, dass eine Spannung in der Zufuhrschaltung ansteigt. Andererseits ist es möglich, solche deaktivierte elektrische Energie zum Laden einer regenerativen Brennstoffzelle zu verwenden, wenn ein Hybrid-Energiesystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Daher kann ein Unterstationskapazitäts-Reduktionseffekt, ein Schuhverbrauchs-Reduktionseffekt, etc. erwartet werden, wenn ein Hybrid-Energiesystem gemäß der vorliegenden Erfindung eingeführt wird.
    • (6) Kapitalkostenreduktionseffekt durch Eliminieren einer Installation einer Reserveumwandlungseinrichtung Bei herkömmlichen Systemen ist eine elektrische Reserve-Energieumwandlungseinrichtung erforderlich, um in dem Fall einer Schwierigkeit mit einer regulär verwendeten Umwandlungseinrichtung eine Behinderung eines Zugbetriebs zu verhindern. Jedoch kann ein Hybrid-Energiesystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Installation einer Reserve- Umwandlungseinrichtung vermeiden, weil eine regenerative Brennstoffzelle anstelle der Reserve-Umwandlungseinrichtung verwendet werden kann. Das bedeutet, dass es möglich ist, eine Behinderung eines Zugbetriebs selbst dann zu verhindern, wenn die regulär verwendete Umwandlungseinrichtung eine Schwierigkeit verursacht, und der oben beschriebene Kapitalkostenreduktionseffekt kann erwartet werden.
  • Zusätzlich zu den oben angegebenen Möglichkeiten gibt es einige andere Möglichkeiten, wie es folgt. Eine feste minimale Belastung für eine Energieversorgungsfirma wird durch einen gemessenen Anforderungs-Spitzenwert bestimmt. Daher kann ein Effekt einer Reduktion bezüglich eines Kostenbeschneidungseffekts erwartet werden, weil eine Reduktion bezüglich des Spitzenwerts mit einem Hybrid-Energiesystem möglich sein kann, das mehrere Versorgungen an einem Wagen und am Boden hat. Beim Versuchen einer stabilen elektrischen Energieübertragung in einem elektrischen Energiesystem gibt es einige Kriterien, die in Bezug auf eine Spannungsstabilität sowie eine Stabilität im eingeschwungenen Zustand bzw. eine Dauerbelastungsstabilität und eine Übergangsstabilität für elektrische Energie sicherzustellen sind. In der Vergangenheit wird für eine Stabilität einer elektrischen Energie eine Stabilisierung einer elektrischen Energie durch Steuern der reaktiven Energie eines Voreilens und eines Nacheilens mittels SVC, SVG, eines synchronen Phasenmodifizierers, etc. versucht. Zur Spannungsstabilisierung wird eine Stabilisierung einer Spannung durch ein Auslöschen einer Gezeitenabweichung in einem elektrischen Energiesystem mittels einer geeigneten Anordnung der Energieversorgung, einer Förderung einer Übertragungsspannung, einer Erhöhung und eines Aufbauens von Energieübertragungsleitungen und Unterstationen, etc. versucht. Diesem herkömmlichen Verfahren sind begleitet mit einer Impedanzsteuerung (hauptsächlich einem Steuern einer Reaktanz) oder einer Spannungsquellensteuerung während einer elektrischen Energieübertragung, und eine schnelle Steuergeschwindigkeit ist bei einer solchen Steuerung gefragt.
  • Andererseits ist es dann, wenn ein Hybrid-Energiesystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, möglich, das Problem auf einfache Weise zu lösen, weil die Steuergeschwindigkeit des Hybrid-Energiesystems der vorliegenden Erfindung schneller als diejenigen der herkömmlichen Verfahren ist. Das Problem einer Erhöhung eines elektrischen Stroms kann auch verbessert werden, weil eine regenerative Brennstoffzelle als elektrische Stromquelle arbeitet. Darüber hinaus können eine Stabilisierung eines eingeschwungenen Zustands und eine Übergangsstabilisierung der elektrischen Energie und eine Stabilisierung der Spannung gleichzeitig verbessert werden, weil ein Energieerzeugungssystem vor Ort, das sich der Stelle einer Anforderung annähert, gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut werden kann.
  • Eine Verwendung von Effizienzen von elektrischen Energieeinrichtungen im zeitlichen Durchschnitt, wie beispielsweise einem Durchschnitt eines ganzen Tags, einem Durchschnitt eines Monats, einem Durchschnitt einer Jahreszeit und einem Durchschnitt eines Jahres, sind nicht immer so hoch, obwohl ein Prozentsatz einer Reserveversorgung, welches ein Prozentsatz eines Einrichtungsüberschusses bei einer Spitze in elektrischen Energiesystemen ist, normalerweise kleiner als 10% ist und keinen solchen großen Überschuss enthält. Bei der vorliegenden Erfindung können die Wasserelektrolysevorrichtung und die Wasserstoff- und Sauerstoff-Speicherung als Last zur Lastauspegelung arbeiten. Das bedeutet, dass eine Regeneration bei der regenerativen Brennstoffzelle zum Steuern einer Stabilisierung eines eingeschwungenen Zustands und einer Übergangsstabilisierung einer elektrischen Energie und einer Spannungsstabilisierung durch Verwendung der gespeicherten Energie von Wasserstoff und Sauerstoff verwendet werden kann, welches durch die regenerative Erzeugung erzeugt wird.

Claims (5)

  1. Hybrid-Energiesystem vom regenerativen Typ eines außen gelegenen Energieversorgungssystems und eines innen gelegenen Energieversorgungssystems, mit: einem ersten Wagen, der eine Last hat, die eine elektrische Last zum Antreiben aufweist; einer elektrischen Energieerzeugungseinrichtung mit einer innen gelegenen Regenerationsvorrichtung als erste elektrische Energieversorgungsvorrichtung, die an dem ersten Wagen vorgesehen ist und elektrische Energie erzeugt, einer elektrischen Boden-Energiestation/Unterstation als zweite elektrische Energieversorgungsvorrichtung, die am Boden vorgesehen ist und elektrische Energie erzeugt und die erzeugte Energie sendet und transformiert, und einer regenerativen Brennstoffzelle als dritte elektrische Energieversorgungsvorrichtung, die an einem zweiten Wagen vorgesehen ist, der unterschiedlich vom ersten Wagen ist, und elektrische Energie, die überschüssig ist, über eine außen gelegene Energieversorgungsleitung nach außen zuführt; einer regenerativen Brennstoffzelle zum Speichern chemischer Energie durch Verwenden der elektrischen Energie, die von der elektrischen Energieerzeugungseinrichtung zugeführt wird, und zum Regenerieren elektrischer Energie unter Verwendung der gespeicherten chemischen Energie, welche eine Wasserelektrolysevorrichtung aufweist, die Wasser elektrolysiert, eine Speichervorrichtung, die wenigstens den Wasserstoff zwischen dem elektrolysierten Wasserstoff und Sauerstoff speichert, eine Brennstoffzelle, die Elektrizität unter Verwendung des Wasserstoffs erzeugt, der durch die Speichervorrichtung gespeichert ist, und von Sauerstoff als Brennstoff, und einen Wärmetauscher, der Wärme der Wasserelektrolysevorrichtung, der Speichervorrichtung, der Brennstoffzelle und von Atmosphäre tauscht; einer Regenerations-Steuereinrichtung zum Steuern einer Regeneration von elektrischer Energie durch die regenerative Brennstoffzelle zum Ergänzen eines Mangels der elektrischen Energie, die zu der Last zugeführt wird.
  2. Hybrid-Energiesystem vom regenerativen Typ nach Anspruch 1, wobei die Regenerations-Steuereinrichtung eine Regeneration der elektrischen Energie zum Ergänzen des Mangels an elektrischer Energie steuert durch: Betreiben der Wasserelektrolysevorrichtung und Speichern wenigstens des Wasserstoffs zwischen dem erzeugten Wasserstoff und dem erzeugten Sauerstoff zu der Speichervorrichtung gemäß einer Anforderung, wenn eine unter der elektrischen Energie, die von der elektrischen Energieerzeugungseinrichtung zugeführt wird, der Energie eines regenerativen Bremsens, die durch die elektrische Last zum Antreiben regeneriert wird, und die Summe aus beiden elektrischen Energien eine elektrische Energie übersteigt, die durch die Last verbraucht wird, wenn elektrische Energie durch die elektrische Last zum Antreiben regeneriert wird, und Betreiben der Brennstoffzelle mit gespeichertem Wasserstoff und Sauerstoff gemäß einer Anforderung nach einem Treffen einer vorbestimmten ökonomischen Entscheidung in einem elektrischen Kostensystem, wenn die elektrische Energie, die von der elektrischen Energieerzeugungseinrichtung zugeführt wird, unter die elektrische Energie abfällt, die durch die Last verbraucht wird.
  3. Hybrid-Energiesystem vom regenerativen Typ nach Anspruch 1, wobei die elektrische Energieerzeugungseinrichtung wenigstens die zweite elektrische Energieversorgungsvorrichtung enthält; und die zweite elektrische Energieversorgungsvorrichtung und der erste Wagen jeweils die regenerativen Brennstoffzellen aufweisen; und die Regenerations-Steuereinrichtung eine Regeneration der elektrischen Energie steuert, die die beiden Brennstoffzellen regenerieren, welche die zweite elektrische Energieversorgungsvorrichtung und der erste Wagen aufweisen, durch eine Verbindungsoperation gemäß einer Anforderung.
  4. Hybrid-Energiesystem vom regenerativen Typ nach Anspruch 1, wobei die elektrische Energieerzeugungseinrichtung wenigstens die zweite elektrische Energieversorgungsvorrichtung enthält; und die zweite elektrische Energieversorgungsvorrichtung und der erste Wagen jeweils die regenerativen Brennstoffzellen aufweisen; und die Regenerations-Steuereinrichtung eine Regeneration der elektrischen Energie steuert, die die Brennstoffzellen regenerieren, die die zweite elektrische Energieversorgungsvorrichtung und der erste Wagen aufweisen und zwar gemäß einer Anforderung, um einen Betrieb mit einer maximalen Effizienz einer Regeneration in den beiden Brennstoffzellen beizubehalten, und zwar durch eine Verbindungsoperation.
  5. Hybrid-Energiesystem vom regenerativen Typ nach Anspruch 1, das folgendes aufweist: eine elektrische Energieerzeugungs- und -versorgungseinrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie und zum Versorgen eines elektrischen Energiesystems mit der elektrischen Energie; eine regenerative Brennstoffzelle zum Speichern einer chemischen Energie durch Verwenden der elektrischen Energie, die von der elektrischen Energieerzeugungs- und -versorgungseinrichtung zugeführt wird, und zum Regenerieren der elektrischen Energie durch Verwenden der gespeicherten chemischen Energie, mit: einer Wasserelektrolysevorrichtung, die Wasser elektrolysiert, einer Speichervorrichtung, die wenigstens den Wasserstoff zwischen dem elektrolysierten Wasserstoff und dem Sauerstoff speichert, einer Brennstoffzelle, die den Wasserstoff, der zu der Speichervorrichtung gespeichert ist und Sauerstoff als Brennstoff verwendet und Elektrizität erzeugt, und einem Wärmetauscher, der Wärme der Wasserelektrolysevorrichtung, der Speichervorrichtung, der Brennstoffzelle und von Atmosphäre austauscht; eine Last zum Empfangen elektrischer Energie von der elektrischen Energieerzeugungs- und -versorgungseinrichtung und der regenerativen Brennstoffzelle; eine Regenerations-Steuereinrichtung, die eine Versorgungs- und Anforderungs-Differenz zwischen der erzeugten elektrischen Energie der elektrischen Energieerzeugungs- und -versorgungseinrichtung und der elektrischen Energie, die die Last empfängt, vergleicht, und dann, wenn die erzeugte elektrische Energie ein Versorgungsüberschuss ist, die Wasserelektrolysevorrichtung mit einer überschüssigen Energie der erzeugten elektrischen Energie betreibt, wenn es nötig ist, und wenigstens den elektrolysierten Wasserstoff speichert, und dann, wenn die erzeugte elektrische Energie fehlt, ein Übermaß und einen Überschuss an elektrischer Energie steuert, welcher in dem elektrischen Energiesystem auftritt, indem elektrische Energie durch die Brennstoffzelle mit dem gespeicherten Wasserstoff und Sauerstoff regeneriert wird, wobei die elektrische Energieerzeugungs- und -versorgungseinrichtung wenigstens eine zweite elektrische Energieversorgungsvorrichtung enthält; und die zweite elektrische Energieversorgungsvorrichtung die regenerative Brennstoffzelle aufweist, und die Regenerations-Steuereinrichtung eine Regeneration der elektrischen Energie, die die Brennstoffzelle, die die zweite elektrische Energieversorgungsvorrichtung aufweist, regeneriert, und zwar durch eine Verbindungsoperation gemäß einer Anforderung.
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